Nella stagione 1965-1966 conquistò discesa libera, slalom gigante e combinata del Criterium de la première neige (Val-d'Isère, 15-19 dicembre)[17], il primo slalom gigante dell'Internationalen Adelbodner Skitage (Adelboden, 9 gennaio)[18], lo slalom speciale dell'Hahnenkamm (Kitzbühel, 23 gennaio)[19], lo slalom gigante dalla Coupe Émile Allais (Megève, 28-29 gennaio)[20], il secondo slalom speciale e la combinata dell'Arlberg-Kandahar (Mürren, 11-13 marzo)[21], lo slalom gigante dell'International American Championship (Stowe, 19 marzo)[22], lo slalom speciale del Bud Werner Memorial (Sun Valley, 24 marzo)[23] e lo slalom speciale e la combinata della High Sierra Cup (Heavenly Valley, 1-3 aprile)[24]. In chiusura di stagione ai Mondiali di Portillo 1966 vinse la medaglia d'oro nella discesa libera e nella combinata e si classificò 5º nello slalom gigante e 8º nello slalom speciale[25].
Stagioni 1967-1968
Dopo aver vinto lo slalom gigante e la combinata del Criterium de la première neige 1966 (Val-d'Isère, 14-18 dicembre)[26], Killy nel 1967 partecipò alla prima edizione della Coppa del Mondo: nella gara inaugurale, lo slalom speciale di Berchtesgaden del 5 gennaio, fu 5º; il giorno dopo ottenne il primo podio, nella medesima località in slalom gigante (3º), e successivamente infilò due serie di sei vittorie consecutive (la prima il 9 gennaio ad Adelboden) e chiuse la stagione con dodici vittorie su diciassette gare in programma, aggiudicandosi sia la Coppa del Mondo generale sia tutte quelle di specialità: di discesa libera, di slalom gigante e di slalom speciale (rispettivamente con 111 punti di vantaggio su Heini Messner, 38 su Guy Périllat, 15 su Georges Mauduit e 18 su Périllat). Tra i suoi successi stagionali spiccarono quelli in alcune classiche dello sci alpino, come le discese libere della Lauberhorn di Wengen (14 gennaio) e della Streif di Kitzbühel (21 gennaio), lo slalom gigante della Chuenisbärgli di Adelboden e gli slalom speciali della Männlichen/Jungfrau di Wengen (15 gennaio) e della Ganslern di Kitzbühel (22 gennaio). Tra le gare non valide ai fini della Coppa del Mondo, vinse anche le combinate del trofeo del Lauberhorn (Wengen, 14-15 gennaio)[27], dell'Hahnenkamm (Kitzbühel, 21-22 gennaio)[28] e della Coupe Émile Allais (Megève, 27-29 gennaio)[29], la discesa libera pre-olimpica di Chamrousse (19 febbraio)[30], la combinata dell'Arlberg-Kandahar (Sestriere, 3-5 marzo)[31] e la discesa libera e lo slalom speciale del Bud Werner Memorial (Vail, 16-18 marzo)[32].
Nella stagione 1967-1968, l'ultima annata agonistica della sua carriera, Killy vinse nuovamente lo slalom gigante del Criterium de la première neige (Val-d'Isère, 17 dicembre)[33]; anche quell'anno in Coppa del Mondo si impose nella classifica generale e in quella di slalom gigante (rispettivamente con 81 punti di vantaggio su Dumeng Giovanoli e 15 su Edmund Bruggmann), mentre fu 2º in quelle di discesa libera (superato da Gerhard Nenning di 15 punti) e di slalom speciale (sopravanzato da Giovanoli di 5 punti). I suoi podi stagionali furono 10, con 6 vittorie tra le quali lo slalom gigante di Adelboden dell'8 gennaio e lo slalom speciale di Rossland del 29 marzo, suo ultimo podio in carriera. Ai X Giochi olimpici invernali di Grenoble 1968 vinse la medaglia d'oro in tutte e tre le specialità in programma (la discesa libera, lo slalom gigante e lo slalom speciale; gare valide anche ai fini della Coppa del Mondo e dei Mondiali 1968) e anche nella combinata, disputata nel contesto olimpico ma valida soltanto per i Mondiali; eguagliò così il primato stabilito da Toni Sailer a Cortina d'Ampezzo 1956. Tra le gare non valide ai fini della Coppa del Mondo vinse la combinata dell'Hahnenkamm (Kitzbühel, 20-21 gennaio)[34] e lo slalom gigante, lo slalom speciale e la combinata del Bud Werner Memorial (Sun Valley, 23-24 marzo)[35]. Al termine della stagione, a venticinque anni, si ritirò; la sua ultima gara fu lo slalom speciale di Coppa del Mondo disputato a Heavenly Valley il 7 aprile, chiuso da Killy al 7º posto.
Carriera automobilistica
Killy ebbe una breve carriera da corridore automobilistico tra il 1967 e il 1970.
9 vittorie (slalom gigante, slalom speciale a Vail 1965; slalom speciale a Sun Valley 1966; discesa libera, slalom gigante[37], slalom speciale a Vail 1967; slalom gigante, slalom speciale, combinata a Sun Valley 1968)